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竞争耦合映射与空间模式形成。

Competitively coupled maps and spatial pattern formation.

作者信息

Killingback Timothy, Loftus Gregory, Sundaram Bala

机构信息

Department of Mathematics, University of Massachusetts, Boston, Massachusetts 02125, USA.

出版信息

Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys. 2013 Feb;87(2):022902. doi: 10.1103/PhysRevE.87.022902. Epub 2013 Feb 7.

DOI:10.1103/PhysRevE.87.022902
PMID:23496586
Abstract

Spatial pattern formation is a key feature of many natural systems in physics, chemistry, and biology. The essential theoretical issue in understanding pattern formation is to explain how a spatially homogeneous initial state can undergo spontaneous symmetry breaking leading to a stable spatial pattern. This problem is most commonly studied using partial differential equations to model a reaction-diffusion system of the type introduced by Turing. We report here on a much simpler and more robust model of spatial pattern formation, which is formulated as a novel type of coupled map lattice. In our model, the local site dynamics are coupled through a competitive, rather than diffusive, interaction. Depending only on the strength of the interaction, this competitive coupling results in spontaneous symmetry breaking of a homogeneous initial configuration and the formation of stable spatial patterns. This mechanism is very robust and produces stable pattern formation for a wide variety of spatial geometries, even when the local site dynamics is trivial.

摘要

空间模式形成是物理、化学和生物学中许多自然系统的关键特征。理解模式形成的核心理论问题是解释空间均匀的初始状态如何经历自发对称破缺从而导致稳定的空间模式。这个问题最常通过偏微分方程来研究,以模拟图灵引入的那种反应扩散系统。我们在此报告一种更简单、更稳健的空间模式形成模型,它被表述为一种新型的耦合映射格点。在我们的模型中,局部格点动力学通过竞争性而非扩散性相互作用耦合。仅取决于相互作用的强度,这种竞争性耦合会导致均匀初始构型的自发对称破缺以及稳定空间模式的形成。这种机制非常稳健,即使局部格点动力学很简单,也能针对多种空间几何形状产生稳定的模式形成。

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Competitively coupled maps and spatial pattern formation.竞争耦合映射与空间模式形成。
Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys. 2013 Feb;87(2):022902. doi: 10.1103/PhysRevE.87.022902. Epub 2013 Feb 7.
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引用本文的文献

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